DE2559068A1 - Verfahren und vorrichtung zum strangpressen von kunstharzen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum strangpressen von kunstharzen

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DE2559068A1
DE2559068A1 DE19752559068 DE2559068A DE2559068A1 DE 2559068 A1 DE2559068 A1 DE 2559068A1 DE 19752559068 DE19752559068 DE 19752559068 DE 2559068 A DE2559068 A DE 2559068A DE 2559068 A1 DE2559068 A1 DE 2559068A1
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Description

2553068
Di". t;ü";:| ;-. i
Dr. Hai-.c-A. Braune
8 ttitucüea So1 KiiniDMuartfr. 2S
30. Dezember 1975
STERLING EXTRUDER CORPORATION 9OI Durham Avenue, South Plainfield, N.J., V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zum Strangpressen von
Kunstharzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strangpressen von Kunstharzen unter Aufrechterhaltung einer genauen Dosierung über einen weiten Bereich von Austrittsdrücken.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung zum Strangpressen von Kunststoffen sind darauf abgestellt, dass die der Strangpresse zugeführten Kunststoffteilchen geschmolzen werden und das Material mit gleichförmiger Geschwindigkeit längs des Strangpressenzylinders nach vorne bewegt wird, um durch die Strangpressdüse, deren Grosse und Form entsprechend dem gewünschten Gegenstand ausgewählt ist, eine weiche, geschmolzene oder teilweise geschmolzene Harzmasse zuzuführen. Bisher war es schwierig, eine Strangpresse zur Verfügung zu stellen, in welcher
-1 -
609828/0908
74/1619B λ
verschiedene Arten von Harz in vorhersehbarer Weise verarbeitet werden konnten, da die Verarbeitungseigenschaften von Harzen bezüglich Härte, Schmelzviskosität, Reibungswiderstand, latenter Schmelzwärme, thermischer Beständigkeit und Schmelztemperatur in weiten Grenzen schwanken.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strangpressen mit beträchtlicher Geschwindigkeit zur Verfügung, und zwar für eine Harzgruppe mit hoher Schmelzviskosität, niedriger Oberflächenreibung gegenüber Metall oder einer geringen thermischen Beständigkeit, wobei die Strangpresse gegen einen verhältnismässig hohen Düsendruck arbeiten kann. Die Erfindung ermöglicht ferner im Vergleich zu einer Strangpresse mit einer einzigen Schnecke ein verbessertes Betriebsverhalten, indem sowohl die Formgebung des Strangpressenzylinders wie auch der Schnecke geändert werden.
In einer Strangpresse mit einer einzigen Schnecke ist nur ein einziges bewegliches Teil, nämlich die Schnecke, die innerhalb des Strangpressenzylinders umläuft. Bei Einführung des Harzmaterials in den Raum zwischen dem Strangpressenzylinder und der Schnecke wird dieses durch die Drehung der Schnecke vorwärts bewegt. Die Vorwärtsbewegung des Harzes wird in erster Linie durch die Adhäsion oder Reibung des Harzes gegenüber der Schnecke und dem Strangpressenzylinder gesteuert. Falls das Harz gut am Strangpressenzylinder haftet, wird es während der Schneckendrehung vorwärts bewegt. Falls das Harz an der Schnecke haftet, jedoch nicht am Strangpressenzylinder, so läuft das Harz mit der Schnecke um, wird jedoch nicht längs des Strangpressenzylinders nach vorwärts gefördert. Die Adhäsion des Harzes an der Schnecke und am Strangpressenzylinder kann bei den verschiedenen handelsüblichen Har- · zen beträchtlich schwanken.
60 9*8 28/0908
255-0*8
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichförmige Vorwärtsbewegung des Harzes zu erzielen, bevor dieses in merklichem Umfang geschmolzenist, und das Harz durch Kanäle zu fördern, in welchen es vollständig geschmolzen und durch eine mechanische Rührwirkung vermischt wird, bevor es die Strangpresse durch deren Düse verlässt. Mittels in die Innenfläche des Strangpressenzylinders eingeschnittener Längsnuten wird ein Umlaufen des Harzes verhindert und diesem bei umlaufender Schnecke eine Vorwärtsbewegung erteilt. Wird die Temperatur dieses Endes der Strangpresse näherungsweise am Schmelzpunkt des Harzes gehalten, so bildet sich eine dünne Schmelzschicht an der Wand des Strangpressenzylinders, wodurch die Vorwärtsbewegung des Harzes unter Schmierwirkung erfolgt. In ähnlicher Weise wird durch die unter Reibungswirkung erfolgende Schlupfbewegung des Harzes gegen die Schnecke die Harztemperatur bis zum Schmelzpunkt des Harzes erhöht, wodurch eine Schmierung zwischen Schnecke und Harz erfolgt. Wird das Harz in diesem Bereich der Schnecke nicht vollständig geschmolzen, so ist die Viskosität des Harzes aussergewöhnlich hoch, wodurch die Strangpresse hohe Drücke entwickeln kann, um das Material nach vorwärts zu bewegen. Diese hohe Viskosität verringert eine "Rückströmung" des Harzes unter Druckeinwirkung, da der Umfang der "Rückströmung" umgekehrt proportional zur Viskosität des Harzes ist. Aus diesem Grunde liefert die erfindungsgemässe Strangpresse einen gleichmässigen Ausstoss, selbst wenn der Austrittsdruck über einen weiten Bereich schwankt. Dies steht im Gegensatz zu einer üblichen Strangpresse, deren Ausstoss bei steigendem Austrittsdruck stark abfällt. In üblichen Strangpressen wird das Harz vollständig geschmolzen und weist eine verhältnismässig geringe Viskosität auf, wenn es die Betriebszustände "unter Druck setzen" und "Dosieren" erreicht, so dass der Ausstoss durch Änderungen des Austrittsdrucks erheblich stärker beeinflusst wird.
3 ORIGINAL INSPECTED
β ο 9 a 7 ft / π η η η
, e 255^058
74-1619Β
Die Erfindung wird anschliessend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt der Strangpresse,
Fig. 2 einen Querschnitt des Strangpressenzylinders und der Schnecke längs der Linie 2-2 der Fig. 1 und
Fig. 3 einen Querschnitt des Strangpressenzylinders und der Schnecke längs der Linie 3-3 der Fig. 1.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die Strangpresse einen Strangpressenzylinder 11 auf, dessen Bohrung 12 Innennuten 13 besitzt, wobei die Schnecke 14 von der Bohrung aufgenommen wird. Die Schnecke 14 ist mit einer eingängigen rechtsgängigen Schneckenwindung 15 am Einlassende des Strangpressenzylinders 11 und einer mehrgängigen rechtsgängigen Schneckenwindung 16 am Austrittsende des Strangpressenzylinders 11 ausgestattet. Die eingängige Schneckenwindung 15 liegt eng an der Bohrung 12 an, während die mehrgängige Schneckenwindung 16 einen beträchtlichen Abstand zur Bohrung 12 aufweist. Die Schnecke weist ferner einen Schaft 17 auf, welcher sich durch eine Lagerbuchse 18 erstreckt und mit einem Antrieb 19 verbunden ist. Der Strangpressenzylinder 11 besitzt eine Zuführöffnung und ein Auslassende 21, welches mit der Strangpressdüse verbunden ist. Der Strangpressenzylinder 11 trägt die Lagerbuchse 18 und besitzt einen Flansch 22 zur Befestigung des Strangpressenzylinders an einer Halterung 23 und am Antrieb 19. Der Strangpressenzylinder 11 ist ferner mit Heizbändern 24 ausgestattet, die durch Thermoelemente 25 gesteuert werden, sowie mit einer nicht dargestellten elektrischen Versorgung.
6 π 9 η ? ß / π q η a original inspected
255-068
74-1619B ζ
Die dargestellte Vorrichtung stellt eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dar, jedoch ist es nicht notwendig, dass die Schnecke gleichmässig unterteilt ist, da einige Polymere leichter schmelzen als andere und mehrere gesteuerte Heizzonen vorgesehen werden können.
Das erfindungsgemäss erzielte verbesserte Betriebsverhalten wird durch die folgenden Beispiele verdeutlicht.
Beispiel 1
Ein Strangpressenzylinder mit einer Länge von 91,5 cm wurde mit einem der Zuführöffnung benachbarten Bereich mit einer Länge .von 43 cm hergestellt, dessen Durchmesser 49,5 mm betrug und welcher in der Innenfläche 13 Längsnuten aufwies, welche sich über die gesamte Länge von 43 cm erstrecken, wobei die Nuten mit einer kugelförmigen Schneidvorrichtung mit einem Durchmesser von 6,4 mm auf eine Tiefe von näherungsweise 2,03 mm geschnitten wurden. Der restliche Abschnitt des Strangpressenzylinders mit einer Länge von 48,3 cm wies einen Durchmesser von 5,2 cm und eine glatte Innenfläche auf. Die entsprechenden Abschnitte der Schnecke wurden mit einem Durchmesser von 4,93 cm, einer eingängigen, rechtsgängigen Schneckenwindung mit einer Stegbreite von 6,4 mm und einer Steigung von 38 mm ausgeführt, wobei die Tiefe des Schneckengangs für die beiden der Zuführöffnung benachbarten Windungen 8,4 mm betrug und die Tiefe während der 6 Windungen gleichförmig auf eine Gangtiefe von 3»02 mm abfiel, wobei diese Schneckengangtiefe von 3,02 mm näherungsweise während 3 1/2 Windungen bis zur Vervollständigung des Abschnitts mit 43 cm Länge beibehalten wurde. Die dem glatten Strangpressenzylinderabschnitt mit einer Länge von 48 cm entsprechende Schnecke wies einen Durchmesser von 5,08 cm auf, sowie eine abgerundete,rechtsgehende,dreigängige Schneckenwindung mit einer Länge von 11,4 cm und einer Tiefe von 5,85 mm. Die Strangpresse war mit den üblichen Heizvorrichtungen, Temperatursteuervorrichtungen und einem Antrieb versehen; diese Tei-
ORIGINAL INSPECTED
74-1619B
*Ί r r~ .""; η Γ·
I ο ο ;-; ■--'■ o
le bilden keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung und sind nicht im einzelnen beschrieben. Bei der Verarbeitung eines Polytetrafluoräthylen-Hexafluoropropylencopolymeren, welches gemäss einem Verfahren der US-PS 2 946 763 hergestellt werden kann und welches eine spezifische Schmelz-Viskosität von 1x10 aufwies, wurden die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse erhalten.
Tabelle 1
Tempera
tur des
Zylinders
mit 49,5
mm Durchn.		 Tempera
tur des
Zylinders
mit 52 mm
Durehm.		 Düsen
tempe
ratur
oc		 Schmelz
tempera
tur, oc		 Drehzahl
der
Schnecke
U/min		 Düsen
druck
(bar)		 g/
Schnek-
kenum-
drehung
259,5 °C 315 °C 315 315 7 44,7 33
259,5 °C 315 °C 315 307 11 53,4 33
265 °C 343 °C 349 299 15,2 65,5 33,4
270,5 0C 372 0C 343 299 19 68,9 33
275,5 °C 343 0C 343 327 24 107 30
Beispiel 2
Würfel aus Polyvinylchloridpolymeren mit einer Würfellänge von 3,5 mm und einer üblicherweise zum Strangpressen von Wasserrohren verwendeten Qualität wurden durch die in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung verarbeitet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
6G9828/090R
74-1619B
Tabelle
Tempera
tur des
Zylinders
mit 49,5
mm Durch-
messer,0C		 Tempera
tur des
Zylinders
mit 52 mm
Durchmes
ser, 0C		 Düsen
tempera
tur, OC		 Schmelz
tempera
tur, °C		 Dreh
zahl
der
Schnecke
U/min		 Düsen
druck
(bar)		 g/Schnek-
kenumdre-
hung
121 177 177 177 11 53,5 20
121 177 177 17*» 15,4 79 22
121 191 191 171 19,5 82,6 20
121 177 177 182 19,5 117 20
Aus den vorausgehend aufgeführten Beispielen ist ersichtlich, dass die Materialabgabe gleichförmig und über einen weiten Bereich von Schneckendrehzahlen und Düsendrücken gleichmässig ist.
Die Vorrichtung eignet sich vorzüglich zur Verarbeitung von Polymeren, wie beispielsweise Polypropylen, Polyäthylenterephthalat, Polycaprolactam und Polyoxymethylenharze, um nur einige zu nennen.
■— ν —
η q β y ft / η q η a
ORIGINAL INSPECTED

Claims (6)

2559^68 74-1619B O 30. Dezember 1975 Patentansprüche
1.j Vorrichtung zum Strangpressen von Kunststoffharzen, gekennzeichnet durch
a) einen Strangpressenzylinder (11) mit einer Eintrittsöffnung (20) in der Nähe des einen Endes und einer Austrittsöffnung (21) am entgegengesetzten Ende des Strangpressenzylinders, wobei die Innenfläche des Strangpressenzylinders durch eine Bohrung (12) gebildet wird, welche sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Strangpressenzylinders erstreckt und welche eine erste EingahKszone hoher Viskosität und eine zweite Misch- und Abgabezone niedrigerer Viskosität umfasst, wobei die erste Zone mit an der Innenwand angeordneten Längsnuten (13) ausgestattet ist,
b) eine in zwei Zonen unterteilte, drehbar in der Bohrung des Strangpressenzylinders angeordnete Schnecke (lJl), deren wirksame Länge im wesentlichen der Bohrung des Strangpressenzylinders entspricht und welche eine vorgegebene Schneckenwindung, Schneckendrehsinn, Stegbreite und Schneckensteigung aufweist sowie jeweils einen bestimmten Durchmesser für die erste Eintrittszone der Bohrung und die zweite Abgabezone in derselben, wobei die erste Zone der Schnecke einen engen Sitz gegenüber der Innenfläche der Bohrung des Strangpressenzylinders aufweist und die Schneckenwindung ein Druckverhältnis im Bereich zwischen etwa 2 bis 3»5 ermöglicht, während die Schneckensteigung kleiner als der Schneckendurchmesser ist, und ferner die zweite Schneckenzone einen Durchmesser besitzt, der wesentlich geringer als der Durchmesser der Bohrung des Strangpressenzylinders ist und die in der zweiten Zone befindliche Schnecke eine mehrgängige
6098 ?8/8(1-8
25ί: —68
Schneckenwindung aufweist, deren Steigung mindestens das Zweifache des Durchmessers der Bohrung beträgt,
c) einen Drehantrieb zum Antrieb des Schnecke,
d) eine dem Strangpressenzylinder zugeordnete Heizvorrichtung, um die Temperatur des Harzmaterials in der Bohrung auf einem vorgegebenen Wert zu halten und
e) eine Strangpressdüse, die an der Austrittsöffnung des Strangpressenzylinders angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone der Bohrung eine Länge aufweist, die 3/8 bis 5/8 der Gesamtlänge der Bohrung entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten in der Innenwand der ersten Zone der Bohrung einen sichelförmigen Querschnitt aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten mit sichelförmigem Querschnitt eine Tiefe besitzen, die kleiner als etwa 5,07 mm Ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone der Bohrung mit der ersten Zone der Schnecke zusammenfällt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone der Bohrung mit der zweiten Zone der Schnecke zusammenfällt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des Schneckengangs innerhalb der ersten Zone Innerhalb eines Bereiches liegt, welcher dem 0,5- bis 1,0-fachen des Durchmessers der ersten Zone der Bohrung entspricht.
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74-1619B
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone der Schnecke ein dreigängiges Schneckengewinde aufweist, dessen Steigung mindestens das Doppelte der Schneckensteigung in der ersten Zone ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckengang innerhalb der zweiten Zone einen Durchmesser aufweist, welcher etwa 1,25 bis 2,5 mm geringer ist als der Durchmesser der zweiten Zone der Bohrung.
10. Verfahren zum Strangpressen von plastischem Kunstharz, gekennzeichnet durch
a) Zuführung des Kunstharzmaterials in die erste Zone einer Bohrung einer Strangpresse, in welcher eine erste Zone einer Schnecke angeordnet ist,
b) Aufrechterhaltung einer Temperatur des Harzmaterials in der Nähe des Schmelzpunkts derselben zwecks Erzielung eines hochviskosen Materials und Verringerung einer Rückströmung innerhalb der ersten Zone,
c) Portbewegung des Harzmaterials durch die Bohrung nach vorne, indem das Material einem Druckverhältnis im Bereich von etwa 2 bis 3,5 unterworfen wird,
d) Vorwärtsbewegen des Materials, während die Temperatur desselben erheblich über seinen Schmelzpunkt erhöht wird, um in einer zweiten Zone der Bohrung eine verringerte Viskosität zu erzielen und Mischen des Harzes innerhalb der zweiten Zone mittels einer der zweiten Zone zugeordneten Schnecke, die mit einer mehrgängigen Schneckenwindung ausgestattet ist, deren Steigung grosser als jene der Schneckengänge der ersten Zone ist, so dass ein merklicher Rückfluss innerhalb der zweiten Zone entsteht, und durch
- 10 -
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e) Führen des geschmolzenen Harzes durch eine Strangpressdüse, wobei durch das Verfahren eine genaue Materialabgabe über einen weiten Druckbereich an der Düse erzielt wird.
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